DE2906519A1

DE2906519A1 - Verfahren der analog-digitalwandlung und dasselbe verwendendes bildreproduktionsverfahren

Info

Publication number: DE2906519A1
Application number: DE19792906519
Authority: DE
Inventors: Mitsuhiko Yamada
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1978-02-21
Filing date: 1979-02-20
Publication date: 1979-08-23
Also published as: JPS54111266A; DE2906519C2; JPS5915530B2; GB2014812B; US4244004A; GB2014812A

Description

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- 5 BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Analog-Digitalwandlung, bei welchem ein Analogsignal in Abschnitte zerlegt und ein digitales Signal ausgegeben wird, welches dem Analogsignal entspricht. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Bildreproduktionsverfahren, welches eine solche Analog-Digitalwandlung ausnützt, und auf ein Bildreproduktionsgerät zur Durchführung dieses Verfahrens.

In einem Gerät zur Bildreproduktion, bei welchem eine Bildvorlage abgetastet wird und analoge Bildsignale erzeugt werden, werden diese analogen Bildsignale über eine Momentwertfeststellung mit einer bestimmten Abfragefrequenz in digitale Bildsignale umgewandelt, diese digitalen Bildsignale in einem Speicher gespeichert, danach ausgelesen und in analoge Ausgangsbildsignale gewandelt, wonach unter Verwendung diese analogen Ausgangsbildsignale ein reproduziertes Bild erzeugt wird. Der getreu wiedergebbare Frequenzbereich des Analogsignals hängt also im allgemeinen von der Abfragefrequenz ab, wobei um so feinere Details wiedergegeben werden können, je höher die Abfragefrequenz ist. Mit zunehmender Abfragefrequenz nimmt jedoch auch die erforderliche Speicherkapazität zu, was höhere Kosten bedeutet. Dies setzt der Abfragefrequenz in der Praxis Grenzen.

Die Fig. 1 und 3 zeigen bei Betrachtung der durchgezogenen Linien ein herkömmliches Äbfrageverfahren (Sampling-Verfahren) mit einem Äbfrageintervall von 1/f₀/ wobei, wie durch diese Linien angedeutet, der Wert des Analogsignale im Anfangspunkt jedes Intervalls genommen und ein diesem Wert entsprechendes digitales Ausgangssignal erzeugt wird. Die Folge davon ist, daß nicht in jedem Fall getreue Bildsignale erzeugt werden, die Endpunkte können verschoben seini man führt also

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eine weniger als optimale Analog-Digitalwandlung durch.

Demgegenüber schafft die Erfindung ein Verfahren der Analog-Digitalwandlung für ein -Analogsignal, welches gegenüber dem oben genannten Verfahren verbessert ist, die angeführten Nachteile vermeidet und zuverlässig ist.

Ferner schafft die Erfindung ein Verfahren der Bildreproduktion, welches von diesem verbesserten Verfahren der Analog-Digitalwandlung Gebrauch macht.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren der Analog-Digital-Wandlung werden einem Analogsignal entsprechende digitale Signale mit einer bestimmten Folgefrequenz (Sampling-Frequenz) erzeugt, werden das Analogsignal repräsentierende werte mit einer Frequenz erzeugt, die ein bestimmtes Vielfaches η der Folgefrequenz ist, und wird jedes erzeugte Digitalsignal aus η aufeinanderfolgend erzeugten dieser repräsentierenden Werte berechnet.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung beschrieben. Auf dieser ist
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Fig. 1 eine schematische Darstellung, welche mit den unterbrochenen Linien Abfragebildsignale zeigt, wie sie gemäß der Erfindung erhalten werden, und mit den durchgehenden Linien solche nach einem herkömmlichen Verfahren,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Schaltung zur Abfrage eines Bildsignals gemäß der Erfindung,

Fig. 3 eine schematische Darstellung, welche mit den unter-

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brochenen Linien andere Bildsignale zeigt, die gemäß der Erfindung erhalten werden, und mit dem durchgehenden Linien solche nach einem herkömmlichen Verfahren ,
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Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Abfrage eines Bildsignals gemäß der Erfindung,

Fig. 5 ein schematisches Zeitdiagramm von Taktimpulsen in
Fig. 4,

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Abfrageverfahrens für ein Bildsignal gemäß der Erfindung,

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Extremwertdiskriminator-Schaltung in Fig. 4,

Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Abfrageverfahrens

verschiedener Bildsignale gemäß der Erfindung, und
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Fig. 9 eine schematische Darstellung anderer Schaltungen zur Abfrage eines Bildsignals gemäß der Erfindung.

Fig. 1 zeigt in den unterbrochenen Linien eine Ausführungsform des Äbfrageverfahrens von Bildsignalen gemäß der Erfindung und diesem gegenübergestellt in den durchgehenden Linien ein herkömmliches Verfahren, wobei die gekrümmte dicke durchgehende Linie ein Bildsignal wiedergibt und geringe zeitliche Verzögerungen der Abfrage signale in Bezug auf die Bildsignale vernachlässigt werden können und sind.

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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Frequenz von Signalen zur Abfrage eines analogen Bildsignals angehoben. Beispielsweise wird das Bildsignal in Dualziffer-(BCD-)Signale durch Abfrage-Untersignale verwandelt, die eine Frequenz von 3·f„ haben, was das Dreifache der Frequenz der Abfragesignale ist, die f_ beträgt. D- h. , das AbfrageintervaH. 1/f ~ des Abfragesignals ist dreimal so groß wie das Abfrageintervall 1/3f_Q des Abfrage-üntersignals, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Der Wert des Abfragesignals ist das Mittel der Werte der Abfrage-Untersignale, die im Abfrageintervall des Abfragesignals enthalten sind.

In diesem Fall ist zwar, insbesondere wenn das obige Verfahren in einem Bildwiedergabegerät, wie es oben erwähnt wurde, verwendet wird, die Frequenz des Signals zur.Abfrage des analogen Bildsignals angehoben, die ausgegebene Anzahl von Abfragesignalen, die an den Speicher geht, ist aber die gleiche wie beim herkömmlichen Verfahren. Es kann also der übliche Speicher verwendet werden, ohne daß eine Kapazitätserhöhung notwendig ist. Ferner ist das wiedergegebene Abfragebildsignal getreu gegenüber dem Ausgangsbildsignal, der Kontrast der Bildreproduktion kann also verbessert werden.

In Fig. 2 ist eine Mittelungsschaltung für den Mittelwert der Abfrage-Untersignale gezeigt, wobei deren Frequenz n'f_Q ist, mit η einer ganzen Zahl größer als 1 und f_ der Frequenz des Abfragesignals.

Bei dieser Schaltung werden die aus dem Bildsignal durch Abfragung gewonnen BCD-Signale in Schieberegistern SR synchron mit Taktimpulsen aufgezeichnet, die die gleiche Frequenz wie die Abfrage-Untersignale haben. Jeweils zwei BDC-Signale werden in einen Addierer ADD eingegeben, in welchem diese beiden BCD-

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Signale addiert und durch Weglassen ihres letzten Bit gemittelt werden. Solche Mittelwertbildungen werden in den Addierern wiederholt, wobei man den Mittelwert A der Abfrage-Untersignale erhält.

In der Praxis ist die Anzahl η üblicherweise 3,. da bei Verwendung von 4 Abfrage-üntersignalen die Abfragesignalfrequenz ziemlich niedrig wird.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, in welcher das entsprechende Abfragen der Bildsignale durch unterbrochene Linien und zum Vergleich damit das herkömmliche Verfahren in ausgezogenen Linien wiedergegeben ist. Geringfügige Zeitverschiebungen der Abfragesignale in Bezug auf die Bildsignale können vernachlässigt werden.

Die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei nahezu die gleiche wie bei Fig. 1, nur daß η definitiv stets 3 ist, wobei, wenn von den drei Abfrage-Untersignalen, die während einer Abfragedauer gebildet werden, das zweite das Maximum oder Minimum, d. h. das Extremum, ist, in diesem Fall dann der Wert dieses zweiten Signals als der Wert des Abfragesignals genommen wird. In allen anderen Fällen wird der Mittelwert dieser drei Signale genommen. Damit lassen sich die gleichen Funktionen und Resultate wie bei der Ausführungsform der Fig. 1, gewinnen.

Fig. 4 zeigt ein Blockdiagramm einer Schaltung zur Durchführung des Verfahrens der Fig. 3.

Das Analogsignal, etwa also ein Bildsignal, wird einer Abfrage- und Speicherschaltung 1 eingegeben und dort synchron mit in Fig. 5a gezeigten Taktimpulsen abgefragt, die die gleiche Frequenz 3f_Q wie die Abfrage-Untersignale haben. Das

abgefragte Analogsignal wird in einem Analog-Digitalwandler 2

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synchron mit in Fig. 5b gezeigten Taktimpulsen in ein digitales Signal umgewandelt.

Das digitalisierte Signal Wird dann synchron mit in Fig. 5c gezeigten Taktimpulsen sequentiell in Schieberegister 3, 4 und 5 geschrieben. D. h., es werden Digitalwerte der in Fig. 6 gezeigten Signale a*_r a„, a₃, a., ... die durch Abfragen des analogen Bildsignales gewonnen werden, erzeugt. Der Wert a₁ wird durch einen in Fig. 5c gezeigten Taktimpuls T in das Schieberegister 3 geschrieben. Der Wert a* wird dann in das Schieberegister 4 geschoben und gleichzeitig der Wert a„ durch einen Taktimpuls T der Fig. 5c in das Schieberegister 3 geschrieben.

In einem Subtrahierer 6 wird gleichzeitig die Berechnung a₁ - a„ durch beispielsweise einen Größenkomperator durchgeführt, und wenn der Wert a₁ - a₂ positiv oder wenigstens Null ist, gibt der Subtrahierer 6 ein Signal "H" hohen Pegels aus, während bei einem negativen Wert a.. - a„ der Subtrahierer 6 ein Signal "L" niedrigen Pegels ausgibt. In jedem Fall wird das Signal unabhängig davon, ob es "H" oder "L" ist, synchron mit einem in Fig. 5d gezeigten Taktimpuls in eine Flip-Flop-Schaltung 12 eingegeben.

Nahezu zur gleichen Zeit wird der Wert a- synchron mit einem in Fig. 5e gezeigten Taktimpuls vom Schieberegister über ein Gatter 7 einem Addierer 8 eingegeben, wo der Wert a₁ zum Wert a₂ addiert wird, der vom Schieberegister 3 her zugeführt wird. Der Wert a. + a- wird synchron mit einem in Fig. 5f gezeigten Taktimpuls auf eine Verriegelungsschaltung 9 (latch circuit) gegeben.

Dann werden die Werte a* und a_ von den Schieberegistern 4 und 3 in die Schieberegister 5 und 4 verschoben, und der

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Wert a₃ wird durch den in Fig. 5c gezeigten Taktimpuls T₃ in das Schieberegister 3 eingegeben.

Gleichzeitig wird im Subtfahierer 6 in der gleichen Weise wie oben die Berechnung a₂ - a₃ ausgeführt. Der Subtrahierer 6 gibt entweder ein Hochpegel- oder ein Niedrigpegelsignal an die Flip-Flop-Schaltung 12 aus, und das vorher in der Flip-Flop-Schaltung 12 gehaltene Signal wird gleichzeitig an eine Flip-Flop-Schaltung 13 gesandt.

Der Wert a₁ + a₂ wird von der Verriegelungsschaltung her über das Gatter 7 dem Addierer 8 eingegeben. Wenn der Wert a₃ vom Schieberegister 3 her dem Addierer 8 eingegeben wird, berechnet der Addierer den Wert a.. + a~ + a~. Der Wert a. + a₂ + a₃ wird synchron mit einem in Fig. 5g gezeigten Taktimpuls über die Verriegelungsschaltung 9 an einen Dividierer 10 gesandt. Der Dividierer gibt den Mittelwert (a^ + a» + a.j)/3 an einen Multiplexer 11 aus. Der Wert a„ wird auch vom Schieberegister 4 her dem Multiplexer 11 eingegeben .

Dieser Multiplexer 11 leitet entweder den Wert a„, d.

h. den zweiten der drei unterabgefragten Werte, oder den Wert (a.j + a₂ + a^)/3, d. h. den Mittelwert weiter, wobei durch ein Steuersignal einerExtremwertdiskriminatorschaltung 14 ausgewählt wird, welcherdieser beiden Werte weitergeleitet wird. Der weitergeleitete Wert wird synchron mit einem in Fig. 5h gezeigten Taktimpuls auf die nachfolgende Vorrichtungj, etwa einen Speicher, gegeben.

In Fig., 7 ist eine Ausführungsform der Diskreminatorschaltung 14, die Inverter 15, UND-Schaltungen 16 und 17 und eine ODER-Schaltung 18 enthält, gezeigt.

Der Diskriminatorschaltung 14 wird das Hochpegelsignal

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"H" oder das Niedrigpegelsignal "L" eingegeben, das, abhängig vom positiven oder negativen Wert der Berechnungen a. - a„ und a₂ - a_, vom Subtrahierer 6" her an die Flip-Flop-Schaltungen 12 und 13 gesandt wird.

Wenn sowohl a. - a„ als auch a„ - a., positiv ist, wie in Fig. 8a, werden Hochpegelsignale der UND-Schaltung 16 und auch beiden Invertern 15 eingegeben, wo sie zu Niedrigpegelsignalen invertiert werden, die dann der UND-Schaltung 17 eingegeben werden. Deshalb erhält die ODER-Schaltung 18 ein Niedrigpegelsignal von der UND-Schaltung 17 und ein Hochpegelsignal von der UND-Schaltung 16, weshalb sie ein Hochpegelsignal ausgibt. Deshalb leitet der Multiplexer das Mittelwertsignal (a. + a_ + a₃)/3 weiter.

Wenn a₁ - a~ positiv und a„ - a₃ negativ ist, wie in Fig. 8d, oder a.. - a_ negativ und a„ - a^, wie in Fig. 8c, dann werden beiden UND-Schaltungen 16 und 17 jeweils ein Hochpegel- und Niedrigpegelsignal zugeführt, weshalb beide Eingänge der ODER-Schaltung 18 Niedrigpegelsignale erhalten, womit das Ausgangssignal der ODER-Schaltung 18 ein Niedrigpegelsignal ist. In diesem Fall leitet der Multiplexer den Extremwert a„ weiter.

Wenn schließlich sowohl a- - a„ als auch a~ - a-, negativ ist, wie in Fig. 8d, werden Niedrigpegelsignale der UND-Schaltung 16 und Hochpegelsignale, welche durch Inversion der Niedrigpegelsignale in den Invertern 15 gewonnen werden, der UND-Schaltung 17 eingegeben. Damit gibt die ODER-Schaltung 18 ein Hochpegelsignal aus. In diesem Fall gibt der Multiplexer die Mittelwert (a. + a₂ + a~)/3 aus.

Aus der gegebenen Darstellung läßt sich leicht verstehen, daß· sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Abfrage-

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bildsignal gewinnen läßt, das dem Bildsignal besser gleicht, wie dies in Fig. 3 durch die unterbrochenen Linien wiedergeben ist.

Im Rahmen der Erfindung ist natürlich die Anzahl der während einer Abfragedauer gebildeten Abfrage-Untersignale nicht auf 3 beschränkt.

Wenn mehr als 3 Abfrage-Untersignale während einer Abfragedauer erzeugt werden, werden die Abfrage-Untersignale in einer besonderen Mittelungsschaltung vorbehandelt, die eine Kombination aus Schieberegistern in einer den Abfrage-Untersignalen entsprechenden Anzahl und Addierern enthält, wobei solche Mittelungsschaltungen für vier und fünf Abfrage-Untersignale in den Figuren 9a und 9b gezeigt sind, um so drei Mittelwertausgangssignale für die aufeinanderfolgende Eingabe in die drei Schieberegister 3 bis 5 in Fig. 4 zu erhalten.

Nach diesem Verfahren wird eine getreuere Wiedergabe des analogen Eingangssignals erhalten als im Falle der oben unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschriebenen ersten Ausführungsform. Dies liegt daran, daß in den in Fig. 8b und 8d gezeigten Fällen, wo das analoge Eingangssignal durch ein Maximum oder ein Minimum geht, bei Mittelung aus drei Signalen a.., a» und a, dies nicht wirklich den Extremwert des Analogsignals wiedergibt. Deshalb wird in diesen Fällen der Extremwert genommen. Nach diesem Verfahren wird eine sehr bedeutsame Zunahme der Qualität der Digitalisierung erzielt. Dies gilt insbesondere in dem oben aufgeführten Fall, wo das Verfahren bei der Bildreproduktion verwendet wird, wo die Notwendigkeit nach korrekt wiedergebenen Extremwerten sehr ausgeprägt ist, weil diese dünnen Linien scharfen Kontrastsim Bild entsprechen

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können, die, ohne Aufweichung* getreu wiedergegeben werden müssen.

Die Erfindung wurde zwar unter Bezugnahme auf mehrere bevorzugte Ausführungsformen beschrieben, es versteht sich jedoch, daß darüber hinaus weitere Abwandlungen im Rahmen der Erfindung noch möglich sind. Beispielsweise ist die Erfindung ihrem Wesen nach nicht auf die Digitalisierung in einem Bildabtastwiedergabegerät beschränkt, sondern läßt sich überall anwenden, wo eine Analog-Digitalwandlung erforderlich ist.

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Claims

Verfahren der Analog-Digitalwandlung und dasselbe verwendendes Bildreproduktionsverfahren

Priorität: 21. Februar 1978 - Japan - 53-18679

PATENTANSPRÜCHE

Verfahren der Analog-Digitalwandlung, dadurch g e kennzeichnet, daß Digitalsignale mit einer bestimmten Folgefrequenz entsprechend einem Analogsignal erzeugt werden, daß das Analogsignal repräsentierende Werte mit einer Frequenz erzeugt werden, die ein bestimmtes Vielfaches η der Folgefrequenz ist und daß jedes erzeugte Digitalsignal unter Verwendung von η aufeinanderfolgend erzeugten repräsentierenden Werten gewonnen wird.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erzeugte Digitalsignal aus η aufeinanderfolgend erzeugten repräsentierenden Werten durch Mittelwertbildung berechnet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß η zu 3 gewählt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß das erzeugte Digitalsignal aus drei Eingabewerten unter Verwendung der aufeinanderfolgend erzeugten repräsentierenden Werte nach folgendem Schema gewonnen wird: falls das zweite der drei Eingabewerte das Maximum oder Minimum derselben ist, wird dieser selbst verwendet, sonst der Mittelwert der drei Eingabewerte.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß η größer als 3 gewählt wird und daß die drei Eingabewerte aus den aufeinanderfolgend erzeugten repräsentierenden Werten durch Berechnung in einer Mittelungsschaltung gewonnen werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittelungsschaltung eine Kombi- nation aus Schieberegistern in einer den aufeinanderfolgend erzeugten repräsentierenden Werten entsprechenden Anzahl und Addieren verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch g e k e η η -

zeichnet, daß η gleich 3 ist und daß die drei Eingabewerte

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die aufeinanderfolgend erzeugten repräsentierenden Werte
sind.
8» Bildreproduktionsverfahren, bei welchem ein Abtastkopf eine Bildvorlage abtastet und ein analoges Bildvorlagesignal erzeugt wird, das analoge Bildvorlagesignal in ein digitales Bildvorlagesignal umgewandelt wird, das digitale BxIdvorlagesignal in einem Speicher gespeichert wird, ein digitales Bildreproduktionssignal aus dem Speicher ausgelesen und in ein analoges Bildreproduktionssignal, welches zur Erzeugung eines Reproduktionsbildes verwendet wird, umgewandelt wird, und das digitale Bildvorlagesignal mit einer bestimmten Folgefrequenz erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das analoge Bildvorlagesignal repräsentierende Werte mit einer Frequenz erzeugt werden, welche ein Vielfaches η der Folgefrequenz ist, und daß jedes erzeugte Digitalsignal unter Verwendung von η aufeinanderfolgend erzeugten repräsentierenden Werte gewonnen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erzeugte digitale Bildvorlagesignal aus η aufeinanderfolgend erzeugten repräsentierenden Werte durch Mittelwertbildung berechnet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß η zu 3 gewählt ..wird.
11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erzeugte digitale Bildvorlage- ' signal aus 3 Eingabewerten unter Verwendung der aufeinander-

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folgend erzeugten· repräsentierenden Werten nach folgendem Schema gewonnen wird: falls der zweite der drei Eingabewerte das Maximum oder Minimum derselben ist, dann wird dieser verwendet, sonst der Mittelwert der drei Eingabewerte. 5
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß η größer als 3 ist und daß die 3 Eingabewerte aus den aufeinanderfolgend erzeugten repräsentierenden Werten durch Berechnung in einer Mittelungsschaltung gewonnen werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittelungsschaltung eine Kombination aus Schieberegistern in einer den aufeinanderfolgend erzeugten repräsentierenden Werten entsprechenden Anzahl und Addierern verwendet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daßn gleich 3 ist und daß die drei Eingabewerte die aufeinanderfolgend erzeugten repräsentierenden Werte sind.

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